标签: 电机驱动

作者：Pete Millett, Technical Marketing Engineer, Monolithic Power Systems 翻译：Toffee Jia 电机驱动 IC 传递大量电流的同时也耗散了大量电能。 通常，能量会耗散到印刷电路板（PCB）的铺铜区域。为保证PCB充分冷却，需要依靠特殊的PCB设计技术。在本文的上篇中，将为您提供一些电机驱动IC 的PCB 设计一般性建议。 使用大面积铺铜！ 铜是一种极好的导热体。由于 PCB 的基板材料（FR-4 玻璃环氧树脂）是一种不良导热体。因此，从热管理的角度来看，PCB的铺铜区域越多则导热越理想 如2盎司（68微米厚）的厚铜板相比较薄的铜板导热效果更好。 然而，厚铜不但价格昂贵，而且也很难实现精细的几何形状。所以通常会选用1盎司（34微米厚）的铜板。外层板则经常使用1/2盎司的镀铜，厚度可达1盎司。 多层板中的内层板常采用实心铜板以便更好地散热。但是，由于其平面层通常位于电路板堆叠的中心位置，因此热量可能会被锁在电路板内部。那么，可以在 PCB 的外层板上添加铺铜区域，使用过孔连接到内层板，将热量传递出来。 由于双层 PCB 中存在走线和元器件，散热也会更加困难。 所以电机驱动IC应该使用尽可能多的实心铜板和利于散热的过孔。将铜浇铸在外层板的两边，使用过孔将它们连接起来，这样做可以将热量分散到被走线和元器件隔开的不同区域。 走线一定要宽—越宽越好！ 因为流经电机驱动 IC 的电流很大（有时超过 10A），所以应仔细考虑接入芯片的 PCB 走线宽度。走线越宽电阻越小。必须调整好走线的宽度，才能保证走线中的电阻不会产生过多的能量耗散而导致走线温度升高。可是太细的走线就像电熔丝一样很容易被烧断。 设计师通常会采用 IPC-2221 标准来计算合适的走线粗细。该规范有个图表，显示了不同电流水平的铜横截面积和其允许的温升，可以根据给定的铜层厚度下换算出走线宽度。比如，1盎司厚度的铜层中负载10A电流需要刚好7mm宽的走线来实现10°C的温升，那么对于1A的电流来说，仅需0.3mm的走线即可。 如果根据这种方法推算的话，似乎无法通过微型IC焊盘运行10A电流。 所以，需要重点了解的是 IPC-2221标准中，用于恒定宽度的长PCB走线宽度建议。如果走线是连接到较大的走线或铺铜区，那么采用PCB走线的一小段传递更大的电流则没有不良影响。这是因为短而窄的PCB走线电阻很小，而且其产生的热量都被吸入到更宽的铺铜区域内。从 图 1 的示例中可以看出：即使此器件中的散热焊盘只有0.4mm宽，也能承载高达3A的持续电流，因为走线被加宽到了尽可能接近器件的实际宽度。 图 1 ：加宽 PCB 走线 由于较窄走线所产生的热量会传导至较宽的铺铜区域，所以窄走线的温升可以忽略不计。 嵌在PCB内层板中的走线散热效果不如外层走线，因为绝缘体的导热效果不佳。正因为如此，内层走线的宽度应为外层走线的两倍。 表 1 大致给出了电机驱动应用中长走线（大于2cm)的推荐宽度。 电流 (RMS 或 DC) 走线宽度为1盎司铺铜 走线宽度为2盎司铺铜 外层板 内层板 外层板 内层板 ≤1A 0.6mm 1.2mm 0.3mm 0.6mm 2.5A 1mm 2mm 0.5mm 1mm 5A 2.5mm 5mm 1.2mm 2.5mm 10A 7mm 14mm 3.5mm 7mm 表 1: PCB 走线宽度 如果空间允许，越宽的走线或灌铜可以最大限度地降低温升并能减小电压落差。 热过孔 - 越多越好！ 过孔是一种小的镀孔，通常用于将信号走线从一层传递到另一层。 顾名思义，热过孔是将热量从一层传递到另一层。适当地使用热过孔可以有效帮助PCB散热，但也需要考虑实际生产中的诸多问题。 过孔具有热阻，这就意味着每当热量流经时，过孔两端会有一定温差，其测量单位为摄氏度/每瓦特。所以，为最大限度地降低热阻，提高过孔的散热效率，过孔应设计大一点，且孔内的覆铜面积越大越好（见 图 2 ）。 图 2 ：过孔横截面 虽然可以在PCB的开放区域使用大的过孔，但是，过孔常常被放在散热焊盘的内部，因为这样可以直接从IC封装散热。在这种情况下，不可能使用大过孔，因为电镀孔过大会导致“渗锡”，其中用于连接IC至PCB的焊料会往下流入通孔，导致焊点不良。 有几种方法可以减少“渗锡”。一种是使用非常小的过孔，以减少渗入孔内的焊料。然而，过孔越小热阻越高，因此想要达到相同的散热性能，需要更多的小过孔才行。 另一种技术是“覆盖”电路板背面的过孔。这需要去除背板上阻焊层的开口，使得阻焊材料覆盖过孔。阻焊层会盖住小的过孔使焊锡无法渗入PCB。 但这又会带来另一问题：助焊剂滞留。如果使用阻焊层盖住过孔，那么助焊剂会滞留在过孔内部。有些助焊剂配方具有腐蚀性，长时间不去除的话会影响芯片的可靠性。所幸大多数现代免清洗助焊剂工艺都是无腐蚀性的，不会引起问题。 这里需注意，散热孔本身不具备散热功能，必须把它们直接连接至铺铜区域（ 见图 3 ）。 图 3 ：热过孔 建议PCB设计师与PCB组装厂的SMT制程工程师协商出最佳的过孔尺寸和构造，尤其当过孔位于散热焊盘内部时。 焊接散热焊盘 TSSOP 和 QFN 封装中，芯片底部会焊有大片散热焊盘。这里的焊盘直接连到晶元的背面，为器件散热。必须将焊盘很好地焊接到PCB上才能耗散功率。 IC规格书不一定会指定焊盘焊膏的开口。通常，SMT制程工程师对放多少焊料，过孔模具使用什么样的形状都有自己的一套规则。 如果使用和焊盘大小一样的开口，则需要使用更多的焊料。当焊料熔化时，其张力会使器件表面鼓起。另外，还会引起焊料空洞（焊锡内部凹洞或间隙）。当焊料回流过程中助焊剂的挥发性物质蒸发或沸腾时，会发生焊料空洞。这会导致接合处的焊料析出。 为了解决这些问题，对于面积大于约2mm2的焊盘，焊膏通常沉积在几个小的正方形或圆形区域中（ 见图 4 ）。将焊料分布在多个较小的区域里可以使助焊剂的挥发性物质更容易挥发出来，以免造成焊料析出。 图 4 ： QFN 焊具 再次建议PCB设计师与SMT制程工程师共同协商出正确的散热焊盘模具开口。也可以参考网上的一些论文。 元件贴装 电机驱动IC的元件贴装指南与其他电源IC相同。旁路电容应尽可能靠近器件电源引脚放置，且旁边需放置大容量电容。许多电机驱动IC会使用自举电容或充电泵电容，这些也应放在IC附近。 请参考图5中的元件贴装示例。图5显示了MP6600步进电机驱动的双层板PCB布局。大部分信号走线直接布置在顶层。电源走线从大容量电容绕到旁路，并在底层使用多个过孔，在更换层的位置使用多个过孔。 图5: MP6600 元件贴装 在本文的下篇中，我们将探讨详细的电机驱动IC封装方法和PCB布局。 下篇 作者：Pete Millett, Technical Marketing Engineer, Monolithic Power Systems 在本文上篇 文章中就使用电机驱动器 IC 设计PCB板提供了一些一般性建议，要求对 PCB 进行精心的布局以实现适当性能。在本文下篇中，将针对使用典型封装的电机驱动器，提供一些具体的 PCB 布局建议。 引线封装布局 标准的引线封装（如 SOIC 和 SOT-23 封装）通常用于低功率电机驱动器中（图 6）。 图 6: SOT 23 和 SOIC 封装 为了充分提高引线封装的功耗能力，MPS公司采用 “倒装芯片引线框架” 结构（图 7）。在不使用接合线的情况下，使用铜凸点和焊料将芯片粘接至金属引线，从而可通过引线将热量从芯片传导至 PCB。 图 7: 倒装芯片引线框架 通过将较大的铜区域连接至承载较大电流的引线，可优化热性能。在电机驱动器 IC 上，通常电源、接地和输出引脚均连接至铜区域。 图 8: 倒装芯片 SOIC PCB 布局 图 8 所示为“倒装芯片引线框架”SOIC 封装的典型 PCB 布局。引脚 2 为器件电源引脚。请注意，铜区域置于顶层器件的附近，同时几个热通孔将该区域连接至 PCB 背面的铜层。引脚 4 为接地引脚，并连接至表层的接地覆铜区。引脚 3（器件输出）也被路由至较大的铜区域。 QFN 和 TSSOP 封装 TSSOP 封装为长方形，并使用两排引脚。电机驱动器 IC 的 TSSOP 封装通常在封装底部带有一个较大的外露板，用于排除器件中的热量（图9）。 图 9: TSSOP 封装 QFN 封装为无引线封装，在器件外缘周围带有板，器件底部中央还带有一个更大的板（图 10）。这个更大的板用于吸收芯片中的热量。. 图 10: QFN 封装 为排除这些封装中的热量，外露板必须进行良好的焊接。外露板通常为接地电位，因此可以接入 PCB 接地层。在图 11 的 TSSOP 封装的示例中，采用了一个 18 通孔阵列，钻孔直径为 0.38 mm。该通孔阵列的计算热阻约为 7.7°C/W。 图 11: TSSOP PCB 布局 通常，这些热通孔使用 0.4 mm 及更小的钻孔直径，以防止出现渗锡。如果 SMT 工艺要求使用更小的孔径，则应增加孔数，以尽可能保持较低的整体热阻。 除了位于板区域的通孔，IC 主体外部区域也设有热通孔。在 TSSOP 封装中，铜区域可延伸至封装末端之外，这为器件中的热量穿过顶部的铜层提供了另一种途径。 QFN 器件封装边缘四周的板避免在顶部使用铜层吸收热量。必须使用热通孔将热量驱散至内层或 PCB 的底层。 图 12 中的 PCB 布局所示为一个小型的 QFN (4 × 4 mm) 器件。在外露板区域中，只容纳了九个热通孔。 (见图 12) 因此，该 PCB 的热性能不及 图 11 中所示的 TSSOP 封装。 图 12: QFN (4mmx4mm) 布局 倒装芯片 QFN 封装 倒装芯片 QFN (FCQFN) 封装与常规的 QFN 封装类似，但其芯片采取倒装的方式直接连接至器件底部的板上，而不是使用接合线连接至封装板上。这些板可以置于芯片上的发热功率器件的反面，因此它们通常以长条状而不是小板状布置 （见图13）。 图 13: FCQFN 封装 这些封装在芯片的表面采用了多排铜凸点粘接至引线框架 （图 14） 。 图 14: FCQFN 结构 小通孔可置于板区域内，类似于常规 QFN 封装。在带有电源和接地层的多层板上，通孔可直接将这些板连接至各层。在其他情况下，铜区域必须直接连接至板，以便将 IC 中的热量吸入较大的铜区域中。 图15: FCQFN PCB 布局 图15 显示了 所示为 MPS 公司的 功率级 IC MP6540。 该器件具有较长的电源和接地板，以及三个输出口。请注意，该封装只有 5mmx5mm。 器件左侧的铜区域为功率输入口。这个较大的铜区域直接连接至器件的两个电源板。 三个输出板连接至器件右侧的铜区域。注意铜区域在退出板之后尽可能地扩展。这样可以充分将热量从板传递到环境空气中。 同时，注意器件右侧两个板中的数排小通孔。这些板均进行了接地，且 PCB 背面放置了一个实心接地层。这些通孔的直径为 0.46 mm，钻孔直径为 0.25 mm。通孔足够小，适合置于板区域内。 综上所述，为了使用 电机驱动器 IC 实施成功的 PCB 设计，必须对 PCB 进行精心的布局。因此，本文提供了一些实用性的建议，以期望可以帮助 PCB 设计人员实现PCB板良好的电气和热性能。 来源：mps

本系列连载将介绍电力电子相关的基础知识和各种小知识。本系列涉及到的内容很广泛，涵盖从基础知识到应用部分的丰富内容，希望能够帮到那些“至今不好意思问别人，但又拿不准自己是否已经理解了”的人。 在要开始电子制作时，有些人可能会想尝试制作一些电动的作品，比如“想试着制作一个机器人”或“想尝试制作一个可以动的装置”。这些作品中，多会用到电机，通过齿轮减缓电机的转速使车轮转动或使连杆机构动起来，可以实现丰富的运动。 在电子小知识系列的第2篇中，将为您介绍用来驱动电机的“电机驱动器”。这次，我们将以“通过Arduino控制电机”为目标，来了解电机驱动器IC的使用方法。 目次 什么是电机驱动器 通过H桥电路控制电机的正反转 什么是电机驱动器IC 查看技术规格书 尝试使用电机驱动器IC 尝试用开关控制电机驱动器IC 尝试用Arduino控制电机驱动器IC 总结 1. 什么是电机驱动器？ 顾名思义，“电机驱动器”是用来驱动电机的。如果只是将干电池与电机相连接，电机只会根据干电池的电压全速向一个方向旋转，而如果能恰当地使用电机驱动器，则可以根据需求灵活控制电机，比如可以让它正转、反转，还可以设置为自己想要的转速。 视频 使电机正转和反转的场景 https://www.youtube.com/embed/3cFut5gckQM ※此链接为Youtube视频 2. 通过H桥电路控制电机的正反转 首先我们来了解一下电机的正反转机制及其原理。 使电机仅正向旋转的电路配置如图2.1所示。 图2.1 电机正转电路 在该电路中，要使电机反转，您必须手动重新将电池和电机反向接线。当然，考虑到需要将电机安装在机器人或设备中时，这种手动接线的麻烦事是不现实的。 对此，有一种称为“H桥”式的电路配置方法，可以实现电机的正转和反转。如图2.2所示，H桥是通过在VCC和GND方向上将共四个开关连接到电机的两个引脚构建而成的。 图2.2 H桥的基本结构 使电机正转时，如图2.3所示，只有左上和右下的开关ON；使电机反转时，只有右上和左下开关ON，这样通过开关的ON/OFF组合，就可以简单地实现电机的正转和反转。另外，需要注意的是，使左侧的两个开关同时（或右侧的两个开关同时）ON时，会使VCC和GND短路，所以在开关组合时要留心。 图2.3 通过H桥控制电机的正反转 3. 什么是电机驱动器IC？ “电机驱动器IC”是在MOS晶体管中集成了构成电机驱动电路所需的H桥、控制电路及保护电路等的IC。在创建支持几十安培级的大电流电机驱动器时，可以通过将分立元器件组合在一起来构建电路，如果只是几安培级的电机驱动器，那么使用电机驱动器 IC将可以实现电路的小型化和基于保护电路的过流保护。 这次，我们将使用电机驱动器IC“BD6231F”来控制普通模型用的直流电机。 图3.1 电机驱动器IC“BD6231F” 4. 查看技术规格书 首先，将开关与电机驱动器连接，并尝试使电机正转和反转。接下来，我们将在电机驱动器IC“BD6231F”周围连接电子元器件和布线，关于电源电压和连接方法，我们可以一边参考电机驱动器IC的技术规格书一边探讨。可以通过在网上搜索产品型号，或参考产品销售页面上介绍的技术规格书。 图4.1 技术规格书摘录 H桥驱动器36V耐压 – BD6231F 有关我们要使用的电机驱动器IC“BD6231F”的信息，通过查看技术规格书中写有“BD6231F”的部分即可。在其他部分列出了同系列的不同型号，因此查看时需要注意型号无误。 “BD6231F”是采用了SOP8封装（8引脚1.27mm间距表面贴装IC）的产品。图4.2是从技术规格书中摘取出来的框图、引脚排列图和引脚说明。在引脚说明中，您可以看到每个引脚的作用。 图4.2 BD6231F的框图、引脚排列图和引脚说明 如图4.3所示，推荐的电源电压范围是6V～32V，所以这次我们将6V连接至电源（VCC和GND）。 图4.3 BD6231F的推荐电压 另外，BD6231F存在“工作模式”，工作模式因输入至电机驱动器的控制输入引脚（FIN、RIN、VREF）的信号种类而异。 图4.4 工作模式 5. 尝试使用电机驱动器IC 由于本次使用的IC是间距为1.27mm的表面贴装型封装，因此无法将其直接插入面包板中使用。那么首先需要将IC和排针焊接到DIP转接板上。 图5.1 安装在DIP转接板上的器件 【所用器件】 全桥驱动器IC BD6231F-E2 SOP8(1.27mm)DIP转接板镀金(9片装) 细排针 1×40（黑） 在电路板上安装IC时，需要注意IC的方向和引脚编号。此次使用的DIP转接板上用丝网印刷（白字）的方式印制了引脚编号，这些引脚号按照图5.2所示的含义进行匹配。 图5.2 IC引脚编号的含义 我对焊接过程进行了定点拍摄，如果您是第一次尝试焊接表面贴装型器件，可以参考我拍摄的视频。 视频 焊接过程（4倍速） https://www.youtube.com/embed/Yc7MJQJWcdo ※此链接为Youtube视频 焊接完成后，成为图5.3中的照片所示的样子。 图5.3 安装在DIP转接板上的IC和排针 6. 尝试用开关控制电机驱动器IC 首先，我们用开关启动电机驱动器IC，尝试使电机正转和反转。应该是按下SW1使电机正转，按下SW2使电机反转。为了降低电机的再生电流引起的噪声，C1使用了多层陶瓷电容器（0.1μF），C2使用电解电容器（100μF）。 图6.1 BD6231外围电路（通过开关进行控制） 在该电路中，VREF引脚是与VCC连接的，FIN和RIN为ON或OFF（H或L）输入，因此工作模式是Mode (b)的正转模式或Mode (c)的反转模式。 图6.2 正转模式和反转模式 下面，我们来尝试一下让电机正转和反转。 视频 通过开关正转和反转 https://www.youtube.com/embed/B3fBFYhCtws ※此链接为Youtube视频 这样，我们通过开关对电机驱动器IC进行控制输入，使电机成功地实现了正转和反转。 7. 尝试用Arduino控制电机驱动器IC 现在，我们尝试用Arduino来控制电机驱动器IC。前面我们通过开关实现了对电机驱动器的控制输入，只要将这个开关替换为Arduino端口就可以了。另外，Arduino由USB数据线供电。 图7.1 BD6231外围电路（通过Arduino进行控制） 由于VREF与VCC相连接，输入至FIN和RIN的信号是PWM信号或L信号，因此该电路的工作模式Mode (e)和(f)的PWM控制模式A。 图7.2 PWM控制模式A 我创建的Arduino程序如下（test_BD6231.ino）。我使用analogWrite函数使引脚10和引脚11输出PWM信号，使引脚10输出正转时的PWM信号，使引脚11输出反转时的PWM信号。 最终，这个程序将执行“最大输出为30%、缓慢改变电机的正反转速度”的工作。 const int pinFin = 10; const int pinRin = 11; int theta = 0; void setup() { } void loop() { int speedMotor = 30 * sin(theta * PI / 180); //在-30到+30之间绘制正弦曲线 driveMotor(speedMotor); //电机控制 delay(20); theta = (theta + 1) % 360; //对theta进行计数并取余数 } //控制电机的函数 参数：speed（通过-100～100指定速度） void driveMotor(int speed) { int output = constrain(abs(speed * 255 / 100), 0, 255); 0) { analogWrite(pinFin, output); analogWrite(pinRin, 0); } else if (speed < 0) { analogWrite(pinFin, 0); analogWrite(pinRin, output); } else { analogWrite(pinFin, 0); analogWrite(pinRin, 0); } } 当我们尝试用这个程序来运行电机时，您是否注意到，电机的加速度比使用开关进行正反转时更加缓慢，最大转速也变慢了？ 视频　Arduino的控制 https://www.youtube.com/embed/u1tP46o9r2o ※此链接为Youtube视频 通过使用电机驱动器IC，将可以使用Arduino这样的微控制器来控制电机，因此，能够比用手按开关更精细地控制电机的转速。 利用这种应用可以实现各种工作模式，比如当传感器反应时自动启动设备，或者使电机根据操纵杆的倾斜度执行不同转速的旋转。由电机驱动的装置和机器人，其工作模式是通过这些机制相组合而创建的，因此您可以根据自己的想法创建出各种有趣的作品！ 8. 总结 此次我们了解了电机驱动器基础——H桥的相关知识，并实际使用电机驱动器IC来让电机旋转。电机驱动器IC不仅可以让电机旋转，还内置有可以防止过电流和过热的保护电路，因此能够安全地控制电机。在电子制作过程中，涉及到电机控制时，经常会发生由于电机过载而导致的过电流和过热等问题，所以，让我们使用内置保护功能的电机驱动器IC享受安全的电子制作吧！ 来源：techclass.rohm

电机驱动原理 电机(俗称“马达”)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。 在磁场中放置线圈，通过流动的电流，线圈会被一侧的磁极排斥，同时被另一侧磁极所吸引，在这种作用下不断旋转。在旋转过程中令通向线圈中的电流反向流动，使其持续旋转。这就是最基本的 电机 工作原理。 无刷直流电机（BL DC ） BL DC电机 中的“BL”即“Brushless”，译为无刷。即DC电机中的“电刷”没有了。电刷在DC电机里扮演的角色是通过换向器向转子里的线圈通电。那么没有电刷的BLDC电机是如何向转子里的线圈通电的呢？ BLDC电机采用永磁体来做转子，转子里是没有线圈的。由于转子里没有线圈，所以不需要用于通电的换向器和电刷。取而代之的是作为定子的线圈。BLDC电机通过控制通向线圈的电流方向和大小来控制转子的旋转。 BLDC电机的优势和应用 BLDC电机的第一个优点是“高效率”。它可以将回旋力（扭矩）始终保持最大值。DC电机在旋转过程中最大扭矩只能保持一个瞬间，无法始终保持最大值。若DC电机想要得到和BLDC电机一样大的扭矩，只能加大它的磁铁。这就是为什么小型BLDC电机也能发出强大力量的原因。 第二个特点是“良好的控制性”，与第一个有所关联。BLDC电机可以精确地反馈目标旋转数、扭矩等。通过精确的控制可以抑制电机的发热和电力的消耗。若是电池驱动，则能通过周密的控制，延长驱动时间。 上述两点则是无电刷和换向器所带来的优势。除此之外BDLC还有耐用，电气噪音小等特点。若不希望使用过程中产生噪音，采用BLDC电机即可实现。 据Grand View Research统计，2025年BLDC市场规模可达223亿美元。随着技术趋于成熟，BLDC电机已经在军事、航空、工业、汽车、民用控制系统，以及家电等领域都有了广泛的应用。多见低压小功率器件，比如 小型机 器人、 无人机 、电动自行车、吸尘器、电动工具等。 矽力杰 BLDC 电机驱动 方案 矽力杰作为全球领先的高性能模拟芯片厂商，在汽车电子，工业控制，通信计算及消费电子等各个领域均有领先的技术和众多的芯片解决方案。SY67343为矽力杰推出的新一代三相无感正弦电机驱动芯片，采用内置MOS，运行最大驱动电流2A,支持多种电机类型，如永磁同步电机，无刷直流电机等。此外SY67343还支持多种保护功能，如过流保护，欠压保护和过温保护等，全面保障电机和芯片在使用过程的安全性。 SY67343 三相直流无刷电机驱动芯片 ◆ 电源电压范围：5~40V ◆ 内部集成三个半桥电机驱动 ◆ 低功率管导通 电阻 : HS+LS<250mΩ ◆ 最大驱动电流2A ， 峰值电流3A ◆ 无 传感器 控制 ◆ 高效正弦波驱动 ◆ 集成5V/3.3V降压稳压器 ◆ I2C 接口 配置存储器 ◆ 转速控制：PWM /模拟/ IIC ◆ 支持正反向控制 ◆ 睡眠模式 ◆ 过流/欠压/过温保护 ◆ TSSOP24E封装 买电子元器件现货上唯样商城

电机驱动原理 电机(俗称“马达”)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。 在磁场中放置线圈，通过流动的电流，线圈会被一侧的磁极排斥，同时被另一侧磁极所吸引，在这种作用下不断旋转。在旋转过程中令通向线圈中的电流反向流动，使其持续旋转。这就是最基本的 电机 工作原理。 无刷直流电机（BL DC ） BL DC电机 中的“BL”即“Brushless”，译为无刷。即DC电机中的“电刷”没有了。电刷在DC电机里扮演的角色是通过换向器向转子里的线圈通电。那么没有电刷的BLDC电机是如何向转子里的线圈通电的呢？ BLDC电机采用永磁体来做转子，转子里是没有线圈的。由于转子里没有线圈，所以不需要用于通电的换向器和电刷。取而代之的是作为定子的线圈。BLDC电机通过控制通向线圈的电流方向和大小来控制转子的旋转。 BLDC电机的优势和应用 BLDC电机的第一个优点是“高效率”。它可以将回旋力（扭矩）始终保持最大值。DC电机在旋转过程中最大扭矩只能保持一个瞬间，无法始终保持最大值。若DC电机想要得到和BLDC电机一样大的扭矩，只能加大它的磁铁。这就是为什么小型BLDC电机也能发出强大力量的原因。 第二个特点是“良好的控制性”，与第一个有所关联。BLDC电机可以精确地反馈目标旋转数、扭矩等。通过精确的控制可以抑制电机的发热和电力的消耗。若是电池驱动，则能通过周密的控制，延长驱动时间。 上述两点则是无电刷和换向器所带来的优势。除此之外BDLC还有耐用，电气噪音小等特点。若不希望使用过程中产生噪音，采用BLDC电机即可实现。 据Grand View Research统计，2025年BLDC市场规模可达223亿美元。随着技术趋于成熟，BLDC电机已经在军事、航空、工业、汽车、民用控制系统，以及家电等领域都有了广泛的应用。多见低压小功率器件，比如 小型机 器人、 无人机 、电动自行车、吸尘器、电动工具等。 矽力杰 BLDC 电机驱动 方案 矽力杰作为全球领先的高性能模拟芯片厂商，在汽车电子，工业控制，通信计算及消费电子等各个领域均有领先的技术和众多的芯片解决方案。SY67343为矽力杰推出的新一代三相无感正弦电机驱动芯片，采用内置MOS，运行最大驱动电流2A,支持多种电机类型，如永磁同步电机，无刷直流电机等。买电子元器件现货上唯样商城。此外SY67343还支持多种保护功能，如过流保护，欠压保护和过温保护等，全面保障电机和芯片在使用过程的安全性。 SY67343 三相直流无刷电机驱动芯片 ◆ 电源电压范围：5~40V ◆ 内部集成三个半桥电机驱动 ◆ 低功率管导通 电阻 : HS+LS<250mΩ ◆ 最大驱动电流2A ， 峰值电流3A ◆ 无 传感器 控制 ◆ 高效正弦波驱动 ◆ 集成5V/3.3V降压稳压器 ◆ I2C 接口 配置存储器 ◆ 转速控制：PWM /模拟/ IIC ◆ 支持正反向控制 ◆ 睡眠模式 ◆ 过流/欠压/过温保护 ◆ TSSOP24E封装

1. 什么是电机驱动器？ 顾名思义，“电机驱动器”是用来驱动电机的。如果只是将干电池与电机相连接，电机只会根据干电池的电压全速向一个方向旋转，而如果能恰当地使用电机驱动器，则可以根据需求灵活控制电机，比如可以让它正转、反转，还可以设置为自己想要的转速。 视频 使电机正转和反转的场景 https://www.youtube.com/embed/3cFut5gckQM ※此链接为Youtube视频 2. 通过H桥电路控制电机的正反转 首先我们来了解一下电机的正反转机制及其原理。 使电机仅正向旋转的电路配置如图2.1所示。 图2.1 电机正转电路 在该电路中，要使电机反转，您必须手动重新将电池和电机反向接线。当然，考虑到需要将电机安装在机器人或设备中时，这种手动接线的麻烦事是不现实的。 对此，有一种称为“H桥”式的电路配置方法，可以实现电机的正转和反转。如图2.2所示，H桥是通过在VCC和GND方向上将共四个开关连接到电机的两个引脚构建而成的。 图2.2 H桥的基本结构 使电机正转时，如图2.3所示，只有左上和右下的开关ON；使电机反转时，只有右上和左下开关ON，这样通过开关的ON/OFF组合，就可以简单地实现电机的正转和反转。另外，需要注意的是，使左侧的两个开关同时（或右侧的两个开关同时）ON时，会使VCC和GND短路，所以在开关组合时要留心。 图2.3 通过H桥控制电机的正反转 3. 什么是电机驱动器IC？ “电机驱动器IC”是在MOS晶体管中集成了构成电机驱动电路所需的H桥、控制电路及保护电路等的IC。在创建支持几十安培级的大电流电机驱动器时，可以通过将分立元器件组合在一起来构建电路，如果只是几安培级的电机驱动器，那么使用电机驱动器 IC将可以实现电路的小型化和基于保护电路的过流保护。 这次，我们将使用电机驱动器IC“BD6231F”来控制普通模型用的直流电机。 图3.1 电机驱动器IC“BD6231F” 4. 查看技术规格书 首先，将开关与电机驱动器连接，并尝试使电机正转和反转。接下来，我们将在电机驱动器IC“BD6231F”周围连接电子元器件和布线，关于电源电压和连接方法，我们可以一边参考电机驱动器IC的技术规格书一边探讨。可以通过在网上搜索产品型号，或参考产品销售页面上介绍的技术规格书。 图4.1 技术规格书摘录 H桥驱动器36V耐压 – BD6231F 有关我们要使用的电机驱动器IC“BD6231F”的信息，通过查看技术规格书中写有“BD6231F”的部分即可。在其他部分列出了同系列的不同型号，因此查看时需要注意型号无误。 “BD6231F”是采用了SOP8封装（8引脚1.27mm间距表面贴装IC）的产品。图4.2是从技术规格书中摘取出来的框图、引脚排列图和引脚说明。在引脚说明中，您可以看到每个引脚的作用。 图4.2 BD6231F的框图、引脚排列图和引脚说明 如图4.3所示，推荐的电源电压范围是6V～32V，所以这次我们将6V连接至电源（VCC和GND）。 图4.3 BD6231F的推荐电压 另外，BD6231F存在“工作模式”，工作模式因输入至电机驱动器的控制输入引脚（FIN、RIN、VREF）的信号种类而异。 图4.4 工作模式 5. 尝试使用电机驱动器IC 由于本次使用的IC是间距为1.27mm的表面贴装型封装，因此无法将其直接插入面包板中使用。那么首先需要将IC和排针焊接到DIP转接板上。 图5.1 安装在DIP转接板上的器件 【所用器件】 秋月电子通商 全桥驱动器IC BD6231F-E2 SOP8(1.27mm)DIP转接板镀金(9片装) 细排针 1×40（黑） 在电路板上安装IC时，需要注意IC的方向和引脚编号。此次使用的DIP转接板上用丝网印刷（白字）的方式印制了引脚编号，这些引脚号按照图5.2所示的含义进行匹配。 图5.2 IC引脚编号的含义 我对焊接过程进行了定点拍摄，如果您是第一次尝试焊接表面贴装型器件，可以参考我拍摄的视频。 视频 焊接过程（4倍速） https://www.youtube.com/embed/Yc7MJQJWcdo ※此链接为Youtube视频 焊接完成后，成为图5.3中的照片所示的样子。 图5.3 安装在DIP转接板上的IC和排针 6. 尝试用开关控制电机驱动器IC 首先，我们用开关启动电机驱动器IC，尝试使电机正转和反转。应该是按下SW1使电机正转，按下SW2使电机反转。为了降低电机的再生电流引起的噪声，C1使用了多层陶瓷电容器（0.1μF），C2使用电解电容器（100μF）。 图6.1 BD6231外围电路（通过开关进行控制） 在该电路中，VREF引脚是与VCC连接的，FIN和RIN为ON或OFF（H或L）输入，因此工作模式是Mode (b)的正转模式或Mode (c)的反转模式。 图6.2 正转模式和反转模式 下面，我们来尝试一下让电机正转和反转。 视频 通过开关正转和反转 https://www.youtube.com/embed/B3fBFYhCtws ※此链接为Youtube视频 这样，我们通过开关对电机驱动器IC进行控制输入，使电机成功地实现了正转和反转。 7. 尝试用Arduino控制电机驱动器IC 现在，我们尝试用Arduino来控制电机驱动器IC。前面我们通过开关实现了对电机驱动器的控制输入，只要将这个开关替换为Arduino端口就可以了。另外，Arduino由USB数据线供电。 图7.1 BD6231外围电路（通过Arduino进行控制） 由于VREF与VCC相连接，输入至FIN和RIN的信号是PWM信号或L信号，因此该电路的工作模式Mode (e)和(f)的PWM控制模式A。 图7.2 PWM控制模式A 我创建的Arduino程序如下（test_BD6231.ino）。我使用analogWrite函数使引脚10和引脚11输出PWM信号，使引脚10输出正转时的PWM信号，使引脚11输出反转时的PWM信号。 最终，这个程序将执行“最大输出为30%、缓慢改变电机的正反转速度”的工作。 const int pinFin = 10; const int pinRin = 11; int theta = 0; void setup() { } void loop() { int speedMotor = 30 * sin(theta * PI / 180); //在-30到+30之间绘制正弦曲线 driveMotor(speedMotor); //电机控制 delay(20); theta = (theta + 1) % 360; //对theta进行计数并取余数 } //控制电机的函数 参数：speed（通过-100～100指定速度） void driveMotor(int speed) { int output = constrain(abs(speed * 255 / 100), 0, 255); 0) { analogWrite(pinFin, output); analogWrite(pinRin, 0); } else if (speed < 0) { analogWrite(pinFin, 0); analogWrite(pinRin, output); } else { analogWrite(pinFin, 0); analogWrite(pinRin, 0); } } 当我们尝试用这个程序来运行电机时，您是否注意到，电机的加速度比使用开关进行正反转时更加缓慢，最大转速也变慢了？ 视频　Arduino的控制 https://www.youtube.com/embed/u1tP46o9r2o ※此链接为Youtube视频 通过使用电机驱动器IC，将可以使用Arduino这样的微控制器来控制电机，因此，能够比用手按开关更精细地控制电机的转速。 利用这种应用可以实现各种工作模式，比如当传感器反应时自动启动设备，或者使电机根据操纵杆的倾斜度执行不同转速的旋转。由电机驱动的装置和机器人，其工作模式是通过这些机制相组合而创建的，因此您可以根据自己的想法创建出各种有趣的作品！ 8. 总结 此次我们了解了电机驱动器基础——H桥的相关知识，并实际使用电机驱动器IC来让电机旋转。电机驱动器IC不仅可以让电机旋转，还内置有可以防止过电流和过热的保护电路，因此能够安全地控制电机。在电子制作过程中，涉及到电机控制时，经常会发生由于电机过载而导致的过电流和过热等问题，所以，让我们使用内置保护功能的电机驱动器IC享受安全的电子制作吧！ 来源：techclass.rohm